CN108352425B - 半导体器件、半导体器件封装和包括其的照明系统 - Google Patents

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Abstract

根据实施例的半导体器件包括：衬底；设置在衬底上的缓冲层；设置在缓冲层上的第一导电型半导体层；第二导电型半导体层；包括发射紫外光的有源层的、设置在第一导电型半导体层和第二导电型半导体层之间的发光结构；以及设置在缓冲层内的多个空气空隙，其中空气空隙能够被形成为具有两个或者更多倾斜表面。

Description

半导体器件、半导体器件封装和包括其的照明系统
技术领域
实施例涉及一种半导体器件、半导体器件封装和包括其的照明系统。
背景技术
通常，发光二极管(LED)包括p-n结二极管，p-n结二极管具有将电能转换成光能的特性。p-n结二极管能够通过组合周期表的III-V族元素而形成。通过调节化合物半导体的组成比率，发光器件能够呈现各种颜色。
当正向电压被施加到LED时，N层的电子与P层的空穴组合，使得与在导带和价带之间的能隙相对应的能量可以被释放。这种能量主要地被实现为热或者光，并且LED发射该能量作为光。
氮化物半导体呈现优良的热稳定性和宽带隙能量，使得氮化物半导体已经在光学器件和高功率电子器件领域受到关注。特别地，采用氮化物半导体的蓝色、绿色和UV发光器件已经被商业化并且被广泛使用。
紫外线发光器件(UV LED)是发射具有在200nm到400nm的范围中的波长的光的发光器件。紫外线发光器件根据其使用包括短波长和长波长。短波长可以用于杀菌或者净化，并且长波长可以在曝光器件和固化器件中使用。
同时，紫外线发光器件可能存在光提取效率可能由于在缓冲层和蓝宝石衬底之间的界面表面上的全反射而降低的问题。为了提高光提取效率，已经尝试了形成空气空隙。然而，空气空隙的控制是困难的。
发明内容
技术问题
实施例旨在提供一种半导体器件、半导体器件封装和照明系统，其中空隙被设置在凹凸图案的上部中并且具有均匀的形状和尺寸。
技术方案
根据该实施例，一种紫外线半导体器件包括：衬底；缓冲层，该缓冲层被设置在衬底上；发光结构，该发光结构被设置在缓冲层上并且包括第一导电半导体层、第二导电半导体层和插入在第一导电半导体层和第二导电半导体层之间以发射紫外光的有源层；以及多个空气空隙，该多个空气空隙被设置在缓冲层中。空气空隙可以具有至少两个倾斜琢面(inclined facet)。
另外，根据该实施例，该半导体器件包括：衬底；缓冲层，该缓冲层被设置在衬底的一侧处；空隙，该空隙被设置在缓冲层中并且具有至少两个倾斜琢面；发光结构，该发光结构被设置在缓冲层的一侧处并且包括第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；底座(sub-mount)，该底座被设置成与衬底相对；至少一个突起，该至少一个突起被插入在发光结构和底座之间；至少一个接触层，该至少一个接触层被插入在至少一个突起和发光结构之间；至少一个扩展层，该至少一个扩展层被插入在至少一个接触层和该至少一个突起之间；以及至少一个接触分离层，该至少一个接触分离层被布置在发光结构和扩展层之间以将该至少一个接触层分离成相互电隔离的多个接触层。
有益效果
根据该实施例，空隙被设置在凹凸图案上方以阻挡线位错(threadingdislocation)，由此改进发光器件的外延生长的质量。
根据该实施例，具有均匀形状和尺寸的多个空隙可以被设置在凹凸图案上方以引起光散射，由此增加光提取效率。
根据实施例，具有特定斜率的倾斜琢面的空隙被设置在凹凸图案上方，由此增强定向角度。
根据实施例，可以通过调节空隙的高度来提高具有倒装芯片结合结构的发光器件的光效率。
附图说明
图1是根据第一实施例的半导体器件的横截面视图。
图2和3是示出根据第一实施例的衬底的各种形状的平面视图和透视图。
图4是根据第一实施例的半导体器件的局部放大视图。
图5是根据第一实施例的半导体器件的SEM截面视图。
图6和7是根据另一个实施例的半导体器件的局部放大视图。
图8是示出根据第一实施例的半导体器件的定向角度的视图。
图9是根据第二实施例的半导体器件的横截面视图。
图10是图7中所示的半导体器件的平面视图。
图11是根据第二实施例的半导体器件的局部放大视图。
图12是根据第二实施例的半导体器件的SEM截面视图。
图13是根据第二实施例的半导体器件封装的横截面视图。
图14和15是示出包括根据该实施例的半导体器件的照明系统的实施例的分解透视图。
具体实施方式
用于本发明的模式
在本发明实施例的以下说明中，当层(或者膜)、区域、图案或者结构称作在衬底、每个层(或者膜)、区域、焊盘或者图案“上/上方”或者“下面”时，它能够“直接地”或者“间接地”在该另一个衬底、层(或者膜)、区域、焊盘或者图案上，或者还可以存在一个或者多个居间层(intervening layer)。将参考绘图描述每个元件的这种位置。
为了方便或者清楚起见，图中所示每个层的厚度和尺寸能够被夸大、省略或者概略地绘制。另外，元件的尺寸不完全地反映实际尺寸。
将在下面描述的实施例的元件可以相互组合。根据第一实施例的半导体器件的配置可以应用于根据第二实施例的半导体器件的配置。相反，根据第二实施例的半导体器件的配置可以应用于根据第一实施例的半导体器件的配置。
图1是根据第一实施例的半导体器件的横截面视图。图2和3是示出根据第一实施例的衬底的各种形状的平面视图和透视图。在下文中，将根据该实施例来描述被采用作为半导体器件的紫外线发光器件。相应地，在以下说明中，为了解释方便起见，半导体器件将被称作“紫外线发光器件”。
参考图1，根据该实施例，发光器件100可以包括：包括凹凸图案P的衬底105、在衬底105上包括空隙140的缓冲层107、在缓冲层107上的第一导电半导体层112、在第一导电半导体层112上的有源层114、在有源层114上的第二导电半导体层116、在第一导电半导体层140上的第一电极120以及在第二导电半导体层116上的第二电极130。
空隙140可以包括空气。空隙140可以被设置于在衬底105上设置的凹凸图案P上方。空隙140可以被设置在凹凸图案P的凹形图案上方。空隙140的宽度可以等于或者小于凹凸图案P中的凹形图案宽度的一半，但是实施例不限于此。换言之，空隙140的宽度可以对应于凹形图案的宽度。
空隙140的截面表面可以是多边形形状，该多边形形状是三角形、五角形和六角形中的至少一种，但是实施例不限于此。空隙140可以包括具有特定斜率的倾斜琢面，并且倾斜琢面的最上部分可以被设置成邻近于第一导电半导体层112。
换言之，空隙被设置在凹凸图案上方并且具有均匀的形状和尺寸。空隙包括具有特定斜率的倾斜琢面以阻挡线位错，由此提高发光器件外延生长的质量。另外，空隙引起光散射，由此提高光提取效率并且改进定向角度。
衬底105可以由呈现优良导热性的材料形成。衬底105可以是导电衬底或者绝缘衬底。例如，衬底105可以包括蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP、Ge和Ga2O3中的至少一种。凹凸结构可以在衬底105上形成，并且凹凸结构的截面表面可以具有圆形形状、椭圆形形状或者多边形形状，但是实施例不限于此。
衬底105中的凹凸图案的凹形图案具有0.5μm的宽度，铁的宽度可以是1.2μm，凹凸图案的高度可以是1.2μm，并且空隙的高度可以是3μm，但是实施例不限于此。
如在图2中所示，衬底可以具有通过在衬底中形成多个圆形凹形图案而形成的凹凸图案P。可替选地，如在图3中所示，衬底可以包括以在一个方向中延伸的条纹图案的形式形成的凹凸图案P。
在此情形中，缓冲层107可以在衬底105上形成。缓冲层107可以被插入在衬底105和第一导电半导体层112之间。缓冲层107可以减小在衬底105和将在随后的过程中形成的照明发射结构110的材料之间的晶格失配。缓冲层的材料可以包括III-V族化合物半导体。详细地，缓冲层的材料可以包括GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN中的至少一种。换言之，衬底105中的凹凸图案P可以被设置成与缓冲层107直接接触。
第一导电半导体层112可以被设置在缓冲层107上。第一导电半导体层112可以被插入在缓冲层107和有源层114之间。第一导电半导体层112可以用掺杂有第一导电掺杂剂的III-V族化合物半导体实现并且具有化学式InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)。第一导电半导体层112可以包括层的堆叠结构，该层的堆叠结构包括诸如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP的化合物半导体中的至少一种。第一导电半导体层112是是N型半导体，第一导电掺杂剂用作N型掺杂剂，诸如Si、Ge、Sn、Se或者Te。电极可以被进一步设置在第一导电半导体层112上。
有源层114可以被设置在第一导电半导体层112上。有源层114可以被插入在第一导电半导体层112和第二导电半导体层116之间。通过经由第一导电半导体层112注入的电子(或者空穴)和通过第二导电半导体层116注入的空穴(或者电子)的组合，有源层114由于根据构成有源层114的材料的能带隙差而发射光。有源层114可以具有单量子阱(SQW)结构、多量子阱(MQW)结构、量子点结构和量子线结构中的一种，但是实施例不限于此。
第二导电半导体层116可以被插入在有源层114和第二电极130之间。第二导电半导体层116可以包括掺杂有第二导电掺杂剂的、具有化学式InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料。第二导电半导体层116可以包括化合物半导体诸如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP中的一种。第二导电半导体层116是P型半导体，并且第二导电掺杂剂可以用作P型掺杂剂，诸如Mg、Zn、Ca、Sr或者Ba。
第二导电半导体层116可以包括超晶格结构。该超晶格结构可以包括InGaN/GaN超晶格结构或者AlGaN/GaN超晶格结构。第二导电半导体层116的超晶格结构通过电压异常地扩展电流，由此保护有源层。
第一电极120可以被设置在第一导电半导体层112上。第一电极120可以包括选自Cr、V、W、Ti、Zn、Ni、Cu、Al、Au、Mo、Ti/Au/Ti/Pt/Au、Ni/Au/Ti/Pt/Au和Cr/Al/Ni/Cu/Ni/Au之中的至少一种。
第二电极130可以被设置在第二导电半导体层116上并且与外部电源连接以向发光结构110供应电力。第二电极130可以包括选自Cr、V、W、Ti、Zn、Ni、Cu、Al、Au、Mo、Ti/Au/Ti/Pt/Au、Ni/Au/Ti/Pt/Au和Cr/Al/Ni/Cu/Ni/Au之中的至少一种。
紫外线发光器件100可以被分类成具有在315nm到400nm的范围中的波长的UV-A、具有在280nm到315nm的范围中的波长的UV-B、具有在100nm到280nm的范围中的波长的UV-C。根据本发明的实施例，紫外线发光器件100可以发射在100nm到280nm的范围中的UV-C的波长，但是实施例不限于此。
图4是根据实施例的半导体器件的部分放大视图。
参考图1和4，空隙140可以被设置在缓冲层107中和设置在衬底105的上部中的凹凸图案P中的凹形图案上方。
空隙140的宽度“W”可以等于或者小于凹凸图案P中的凹形图案的宽度“a”的一半，但是实施例不限于此。空隙140的宽度“w”可以等于或者小于0.25μm并且空隙140的高度可以是3μm。凹形图案的宽度“a”可以是0.5μm并且凸形图案的宽度d可以是1.2μm。凹凸图案P的高度可以是1.2μm，但是实施例不限于此。换言之，凸形图案的宽度d可以比凹形图案的宽度“a”宽两倍。
换言之，空隙被设置在凹凸图案上方并且具有均匀的形状和尺寸。空隙包括具有特定斜率的倾斜琢面以阻挡线位错，由此提高发光器件外延生长的质量。空隙可以引起光散射，由此提高光提取效率并且改进定向角度。
空隙140可以被形成为具有至少两个倾斜琢面。虽然在绘图中示出具有该两个琢面的结构，但是当空隙140具有四棱锥形状时，空隙140可以具有四个倾斜琢面。相应地，根据多面体结构，空隙140可以具有至少三个倾斜琢面。
图5是根据第一实施例的半导体器件的SEM截面视图。
参考图5，空隙140可以被设置在缓冲层107中和设置在衬底105的上部中的凹凸图案P中的凹形图案上方。根据该实施例，空隙140可以包括空气，并且空隙140的截面表面可以是多边形形状，该多边形形状是三角形、五角形和六角形中的至少一种，但是实施例不限于此。
空隙140可以包括具有特定斜率的倾斜琢面，并且琢面的最上部分可以被设置成邻近于第一导电半导体层112。
空隙140可以根据生长条件而具有各种形状和尺寸，并且特征在于具有均匀形状和尺寸的空隙被设置在衬底105中的凹凸图案P的凹形部分上方。
换言之，具有均匀形状和尺寸的空隙被设置在凹凸图案上方。空隙包括具有特定斜率的倾斜琢面以阻挡线位错，由此提高发光器件外延生长的质量。空隙可以引起光散射，由此提高光提取效率并且改进定向角度。
图6和7是根据另一个实施例的半导体器件的局部放大视图。
参考图6和7，图6示出当空隙140的高度是1.2μm时的光提取图案，并且图7是示出当空隙140的高度是3μm时的光提取图案的视图。
图6A和图7A示出光水平地从有源层入射到空隙140的情形，并且如与空隙140的高度是1.2μm的图4的实施例相比，在空隙140的高度是3μm的图5的实施例中，光的散射可以更加得到改进。
图6B和图7B示出光倾斜地从有源层入射到空隙140的情形，并且如与空隙140的高度是1.2μm的图4的实施例相比，在空隙140的高度是3μm的图5的实施例中，光可以被更加垂直地集中和发射。
图6C和图7C示出光垂直地从有源层入射到空隙140的情形，并且如与空隙140的高度是1.2μm的图4的实施例相比，在空隙140的高度是3μm的图5的实施例中，光可以被更加垂直地集中和发射。
换言之，随着空隙140的高度增加，光可以被更加垂直地集中和发射。可以通过调节空隙140的高度而调节光的垂直集中，由此解决在紫外线发光器件中光不被垂直地集中的传统问题。
图8是示出根据该实施例的半导体器件的定向角度的视图。
参考图8，图8A是示出根据该实施例的紫外线发光器件的定向角度的视图，并且图8B是示出既不具有凹凸图案也不具有空隙的紫外线发光器件的定向角度(orientationangle)的视图。
在如在图8中图示的根据该实施例的发光器件的情形中，如与如在图8B中图示地既不具有凹凸图案也不具有空隙的紫外线发光器件相比，光可以被以0°的角度，即，在垂直方向上集中以更多地提高光效率。例如，根据图8(a)的实施例的发光元件的集中度是89.3％并且图8(b)的紫外线发射元件的集中度是68.4％。相应地，能够认识到，根据图8(a)的实施例的发光元件的集中度被更多地提高了20.9％。
图9是根据第二实施例的半导体器件的横截面视图，图10是图9所示半导体器件的平面视图，并且图11是根据第二实施例的半导体器件的局部放大视图。图12是根据第二实施例的半导体器件的SEM截面视图。
参考图9，根据第二实施例的紫外线发光器件200包括衬底210、缓冲层211、发光结构220、第一和第二接触层(或者电极)234和232、第一和第二扩展层244和242、第一突起254、第二突起252、第一和第二金属焊盘264和262、第一和第二绝缘层274和272和底座280。
发光结构220被设置在衬底210下面。换言之，发光结构220可以被设置在衬底210和底座280之间。发光结构220可以包括第一导电半导体层226、第二导电半导体层222和在第一导电半导体层226和第二导电半导体层222之间的有源层224。
为了改善在衬底210和发光结构220之间的热膨胀系数(CTE)的差异和在衬底210和发光结构220之间的晶格失配，缓冲层211可以被插入在衬底110和发光结构220之间。缓冲层211可以被插入在衬底210和第一导电半导体层226之间。空隙212可以在缓冲层211中形成。
如在图11中所图示的，空隙212可以包括邻近第一导电半导体层112的第一区域212a和邻近于衬底210的第二区域212b。
第一区域212a包括包含至少两个倾斜琢面212a-1和212a-2的区域。例如，第一区域212a可以具有三角形截面表面。当第一区域212a具有三棱锥形状时，三个倾斜琢面可以形成。当第一区域212a具有正方棱锥形状时，四个倾斜琢面可以形成。换言之，由于多棱锥的形状，第一区域212a可以被称作具有至少两个倾斜琢面的区域。
第二区域212b可以不具有倾斜琢面。第二区域212b可以是邻近于衬底210的区域。例如，第一区域212a可以具有矩形截面表面。
空隙212可以被设置在距衬底210第一距离h1处。例如，在空隙212的第二区域212b的顶表面和衬底210的底表面之间的第一距离h1可以在200nm和300nm的范围中。当第一距离h1小于200nm时，空隙212变得过度地更加靠近衬底210并且然后当缓冲层211形成时结晶度可能降低。因为距离h1太短以至不能广泛地漫射在空隙212中散射的光，所以半导体器件的光提取效率和定向角度特性可能劣化。
当第一距离h1超过300nm时，因为缓冲层211必须形成有更厚的厚度，所以施加到缓冲层211的上部的应力增加以改变有源层的波长，由此使得半导体器件的发光效率(WPE)降低。
从衬底210的一个表面到空隙212的第一区域212a的端部的第二距离h2可以在500nm到1200nm的范围中。空隙212的高度C1可以在500nm到900nm的范围中。当空隙212的高度C1小于500nm时，因为第一导电半导体层226在水平方向上相当急剧地融入到空隙212的第一区域212a的琢面中，所以发光结构220的结晶度可能降低。当空隙212的高度C1大于900nm时，由于缓冲层211过厚，施加到发光结构220的应力增加，以改变从有源层224发射的光的波长，由此使得半导体器件的发光效率降低。
因为根据第二实施例的发光器件具有在衬底方向上提取光的倒装芯片结合结构，所以在衬底和空隙之间的距离和空隙的尺寸可以不同于在根据第一实施例的发光器件中形成的空隙。换言之，在根据第二实施例的发光器件的情形中，当在衬底的底表面和空隙的顶表面之间的距离在200nm到300nm的范围中时，具有倒装芯片结合结构的发光器件呈现最有效的光提取效率。
换言之，在具有倒装芯片结合结构的发光器件的情形中，从有源层发射的光在由有源层下面的反射层反射以被朝向衬底输出时被朝向衬底输出。相应地，由于在空隙和衬底之间的折射率差异和光在空隙的界面表面上的散射，朝向衬底反射的光可以呈现提高的光提取效率。
空隙212可以以不同尺寸形成。空隙212可以具有在同一行上的截面面积的±30％内的不同的高度和宽度。在同一行上的截面面积可以不仅包括空隙212的中心区域的截面面积，而且还包括为了测量而设定的截面面积。
如在图12中所示，关于空隙212的实际形状，可以认识到，空隙212具有包括两个或者更多琢面的各种形状，并且其尺寸被形成为是相互不同的。
如上所述，可以认识到空隙212被以在200nm到300nm的范围中的距离从衬底隔开并且被布置成尺寸在同一行上的截面面积的±30％内的各种形状。
返回参考图9，发光结构220可以包括第一导电半导体层226、有源层224和第二导电半导体层222。第一导电半导体层226可以被插入在缓冲层211和有源层224之间。有源层224可以被插入在第一导电半导体层226和第二导电半导体层222之间。当第一导电半导体层226为N型时，第二导电半导体层222可以为P型。相反，当第一导电半导体层226为P型时，第二导电半导体层222可以为N型。
因为根据第二实施例的发光器件具有倒装芯片结合结构，所以从有源层224发射的光透射通过第一接触层234、第一导电半导体层226和衬底110。为此目的，第一接触层234、第一导电半导体层226和衬底210可以由具有透光性质的材料形成。在此情形中，第二导电半导体层222和第二接触层232可以由具有透光性质或者不透明性质的材料形成，但是实施例可以不限于特定材料。
底座280可以在面对衬底210时被设置。底座280可以被设置在衬底210下面。底座280可以由诸如AlN、BN、SiC、GaN、GaAs或者Si的半导体衬底形成，但是实施例不限于此。例如，底座280可以包括具有优良导热性的半导体材料。另外，可以在底座280中以齐纳二极管的形式包括用于防止静电放电(ESD)的器件。
第一和第二金属焊盘264和262被设置在底座280上并且可以被相互间电隔离。第一和第二金属焊盘264和262中的每个可以由具有导电性的金属材料形成。
第一和第二绝缘层274和272分别地被插入在第一和第二金属焊盘264和262与底座280之间。第一和第二绝缘层274和272可以被设置在邻近于空隙的有源层的另一侧上。当底座280由诸如Si的具有导电性的材料形成时，第一和第二绝缘层274和272可以被设置成将第一和第二金属焊盘264和262从底座280电隔离。在此情形中，第一和第二绝缘层274和272可以包括具有电绝缘性质的材料。
另外，第一和第二绝缘层274和272可以由不仅具有电绝缘性质而且还具有光学反射特性的材料形成。因此，第一和第二绝缘层274和272可以是反射层。例如，第一和第二绝缘层274和272中的每个可以包括分布式布拉格反射器(DBR)。在此情形中，DBR可以执行绝缘功能或者反射功能。DBR可以是通过交替地堆叠具有相互不同的折射率的第一和第二层至少一次而形成的结构。每个DBR可以包括电绝缘材料。例如，第一层可以是诸如TiO2的第一电介质层，并且第二层可以包括诸如SiO2的第二电介质层。换言之，DBR可以是通过堆叠TiO2/SiO2层至少一次而形成的结构。第一和第二电介质层中的每个的厚度是λ/4，并且λ可以是从发光单元发射的光的波长。
另外，第一和第二绝缘层274和272中的每个可以包括SiO2、TiO2、ZrO2、Si3N4、Al2O3或者MgF2中的至少一种，但是实施例不限于此。
至少一个突起可以被插入在发光结构220和底座280之间。换言之，第一和第二突起254和252可以被插入在发光结构220和底座280之间。
第一突起254可以被插入在第一金属焊盘264和第一扩展层244之间。第一突起254的数目可以是一个或者多个。
第二突起252可以被插入在第二金属焊盘262和第二扩展层242之间。
至少一个或者多个接触层可以被插入在至少一个突起和发光结构220之间。例如，第一和第二接触层234和232可以分别地被插入在发光结构220与第一和第二突起254和252之间。
第二接触层232可以经由第二扩展层242被插入在第二突起252和发光结构220之间。第二接触层232可以被插入在第二扩展层242和第二导电半导体层222之间。第二接触层232可以将第二扩展层242与第二导电半导体层222电连接。为此目的，如在图中所图示的，第二接触层232可以与第二导电半导体层222相接触。
第一接触层234可以被设置在通过台面蚀刻暴露的第一导电半导体层226下面并且可以经由第一扩展层244被插入在第一突起254和发光结构320的第一导电半导体层226之间。第一接触层234可以将第一扩展层244与第一导电半导体层226电连接。第一接触层234可以用作与欧姆接触材料的欧姆接触并且可以被与第一导电半导体层226电连接。单独的欧姆层可以处于第一接触层234之上或者下面。
图10是当从底座280朝向发光结构220观察时图9的发光器件200的平面视图。在图10中省略了图9所示的第一和第二扩展层244和242、第一和第二突起254和252、第一和第二金属焊盘264和262、第一和第二绝缘层274和272和底座280。
如在图10中所示，第二接触层232可以具有其中具有不带顶点的特定形状的多个电极图案被相互连接的结构。例如，第二接触层232可以具有其中以特定形状设置的特定数目的电极图案形成三角形结构的结构。电极图案无任何顶点以通过防止可能在顶点处产生的电场(E-场)的集中而提高器件的可靠性。
另外，当电极图案增加时，必须考虑可能与突起相接触的面积。相应地，使用特定数目或者更多的电极图案不是优选的。因此，可以根据器件的面积和突起的面积来适当地设计电极图案的数目。
第二接触层232的面积可以占据总器件面积的30％到50％。电极图案可以被形成为具有第二接触层232的面积的25％到35％。当第二接触层232的面积过窄时，电流注入效率降低并且电特性降低。在另一方面，当第二接触层232的面积过宽时，在其中布置第一接触层234的面积减小并且因此电和光学特性可能劣化。
第一接触层234的面积可以占据总器件面积的40％到60％。当第一接触层234的面积过窄时，电流注入效率可能降低并且因此电和光学特性可能劣化。在另一方面，当第一接触层234的面积过宽时，要被去除的有源层224的面积可能增加并且因此光学特性可能劣化。
第二接触层232的面积可以被形成为小于第一接触层234的面积并且在第二接触层232的面积和第一接触层234的面积之间的比率可以是1:1.3到1:2。换言之，当在第二接触层232的面积和第一接触层234的面积之间的比率小于1:1.3或者大于1:2时，电特性和光学特性可能劣化。
第一和第二接触层234和232可以由可以优良地在第一和第二导电半导体层226和222上生长的任何材料形成。例如，第一和第二接触层232和234中的每个可以由金属形成，并且可以由Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf或者选自Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au和Hf的元素的组合形成。
具体地，第二接触层232可以包括反射性材料。例如，第二接触层232可以包括透明电极(未示出)和反射层(未示出)。反射层可以由诸如银(Ag)的反射性材料制成。
第二接触层232可以具有欧姆特性并且可以包括与第二导电半导体层222进行欧姆接触的材料。当第二接触层232执行欧姆功能时，可以不形成单独的欧姆层(未示出)。
至少一个扩展层可以被插入在至少一个接触层和至少一个突起之间。
第二扩展层242可以被插入在第二接触层232和第二突起252之间。第一扩展层244可以被插入在第一接触层234和第一突起254之间。因为发光结构220的电特性可以随着发光结构220的电阻由于从发光结构220发射的热增加而劣化，所以第一和第二扩展层244和242可以防止发光结构220的电阻增加。为此目的，第一和第二扩展层244和242可以由具有优良导电性的材料形成。
保护层290可以在没有第二扩展层242和第一扩展层244的区域上形成以覆盖发光结构220的顶部。保护层290可以被形成为仅仅暴露第二扩展层242的一个部分。保护层290可以包括绝缘层。
图13是根据第二实施例的半导体器件封装的截面视图。
参考图13，发光器件封装300分别地包括发光器件200、封装主体310、第一和第二引线框架322和324、第三绝缘层330和第一和第二导线(wire)352和354。发光器件200可以对应于图9到12中所示的发光器件200。
图13中所示的封装主体310可以形成空腔340。空腔340可以包括空气。例如，封装主体310可以与第一和第二引线框架322和324一起地形成空腔340。换言之，空腔340可以分别地由封装主体310的侧表面312与第一和第二引线框架322和324的顶表面限定。然而，实施例不限于此。
根据另一个实施例，与图13中所示的结构不同，空腔340可以仅仅由封装主体310形成。可替选地，阻挡壁(未示出)可以被设置在具有平坦顶表面的封装主体310上，并且空腔可以由阻挡壁和封装主体310的顶表面限定。封装主体310可以利用环氧树脂模制化合物(EMC)等实现，但是实施例不限于封装主体310的材料。发光器件100A可以被设置在空腔340内部。
由玻璃材料形成的盖311被设置在封装主体310上以覆盖空腔340，由此确保用于空腔340的空间。
第一和第二引线框架322和324可以在水平方向上相互隔开。第一和第二引线框架322和324中的每个可以由例如金属的导电材料形成，并且实施例不限于第一和第二引线框架322和324中的每个的材料的类型。第三绝缘层330可以被插入在第一和第二引线框架322和324之间以将第一和第二引线框架322和324相互电隔离。
当封装主体310由例如金属的导电材料形成时，第一和第二引线框架322和324可以是封装主体310的部分。在此情形中，形成第一和第二引线框架322和324的封装主体310能够被第三绝缘层330相互电分离。
通过第一和第二突起252A和254与第一和第二导电半导体层226和222连接的第一和第二金属焊盘272和274可以分别地通过导线352和354与第一和第二引线框架322和324电连接。
根据该实施例，多个发光器件封装可以被排列并且光导板、棱镜片或者漫射片可以被布置在发光器件封装的光路径(optical path)上。发光器件封装、衬底或者光学构件可以用作照明系统或者车灯(vehiclelamp)。
图14和15是示出包括根据该实施例的半导体器件的照明系统的实例的分解透视图。
如在图14中所示，根据该实施例的照明系统可以包括盖2100、光源模块2200、散热器2400、供电单元2600、内壳2700和插座2800。根据该实施例的照明系统可以进一步包括构件2300和保持器2500中的至少一个。光源模块2200可以包括根据该实施例的发光器件100或者发光器件封装200。
如在图15中所示，根据该实施例的照明器件可以包括盖3100、光源单元3200、散热器3300、电路部分3400、内壳3500和插座3600。光源单元3200可以包括根据该实施例的发光器件或者发光器件封装。工业适用性
实施例可以适用于平板照明器件。
实施例可以适用于具有发光器件的平板照明器件。
实施例可以适用于具有发光器件的车灯。

Claims (18)

1.一种半导体器件，包括：
衬底，所述衬底包括凹凸图案；
缓冲层，所述缓冲层被设置在所述衬底上；
发光结构，所述发光结构被设置在所述缓冲层上并且包括第一导电半导体层、第二导电半导体层和插入在所述第一导电半导体层和所述第二导电半导体层之间以发射紫外光的有源层；
多个空气空隙，所述多个空气空隙被设置在所述缓冲层中；以及
其中，所述空气空隙中的每个包括至少两个倾斜琢面，
其中，所述至少两个倾斜琢面被设置成面对所述发光结构，
其中，所述空气空隙与所述凹凸图案隔开，
其中，所述空气空隙位于所述衬底中的所述凹凸图案的凹形图案上方，
其中，在垂直方向中，所述空气空隙的最下部分被设置在所述衬底中的所述凹凸图案的凸形图案的最上部分上方，
其中，所述空气空隙的宽度等于或小于所述衬底中的所述凹凸图案的所述凹形图案的宽度的一半。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述空气空隙包括邻近于所述第一导电半导体层的第一区域和邻近于所述衬底的第二区域，以及
其中，所述倾斜琢面被设置在所述第一区域中。
3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，在所述衬底和所述空气空隙之间的距离范围是从200nm到300nm。
4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，在所述衬底和所述空气空隙的第一区域的端部之间的距离范围是从500nm到900nm。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述倾斜琢面的最上部分位于邻近所述第一导电半导体层。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述凹凸图案的凹形图案具有0.5μm的宽度并且所述凹凸图案的凸形图案具有1.2μm的宽度。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述凹凸图案具有1.2μm的高度，以及
其中，所述空气空隙具有3μm的高度。
8.一种半导体器件封装，包括：
衬底，所述衬底包括凹凸图案；
缓冲层，所述缓冲层被设置在所述衬底的一侧处；
发光结构，所述发光结构被设置在所述缓冲层的一侧处并且包括第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层；
底座，所述底座被设置成与所述衬底相对；
第一突起，所述第一突起被设置在所述发光结构和所述底座之间并且被电连接到所述第一导电半导体层；
第二突起，所述第二突起被设置在所述发光结构和所述底座之间并且被电连接到所述第二导电半导体层；
其中，所述缓冲层包括多个空气空隙，
其中，所述空气空隙中的每个包括至少两个倾斜琢面，
其中，所述至少两个倾斜琢面被设置成面对所述发光结构，以及
其中，所述空气空隙与所述凹凸图案隔开，
其中，所述空气空隙位于所述衬底中的所述凹凸图案的凹形图案上方，
其中，在垂直方向中，所述空气空隙的最下部分被设置在所述衬底中的所述凹凸图案的凸形图案的最上部分上方，
其中，所述空气空隙的宽度等于或小于所述衬底中的所述凹凸图案的所述凹形图案的宽度的一半。
9.根据权利要求8所述的半导体器件封装，其中，所述空气空隙包括邻近于所述第一导电半导体层的第一区域和邻近于所述衬底的第二区域，以及
其中，至少两个倾斜琢面被设置在所述第一区域中。
10.根据权利要求8所述的半导体器件封装，
其中，第一金属焊盘被插入在所述底座与所述第一突起之间，
其中，第二金属焊盘被插入在所述底座与所述第二突起之间，
其中，第一反射层被设置在所述底座与第一金属焊盘之间，
其中，第二反射层被设置在所述底座与所述第二金属焊盘之间，以及
其中，所述空隙的至少两个倾斜琢面被设置成面向所述第一反射层和所述第二反射层。
11.根据权利要求9所述的半导体器件封装，其中，在所述衬底和所述空气空隙之间的距离范围是从200nm到300nm。
12.根据权利要求9所述的半导体器件封装，其中，在所述衬底和所述空气空隙的第一区域的端部之间的距离范围是从500nm到900nm。
13.根据权利要求8所述的半导体器件封装，其中，空气空隙以不同的高度和宽度的尺寸形成并且所述尺寸是在整个区域的±30％内。
14.根据权利要求10所述的半导体器件封装，其中，至少一个接触层被插入在所述第一和第二突起中的至少一个与所述发光结构之间；以及
其中，至少一个扩展层被插入在所述至少一个接触层与所述第一和第二突起中的至少一个之间。
15.根据权利要求8所述的半导体器件封装，
其中，第一金属焊盘被插入在所述底座与所述第一突起之间，
其中，第二金属焊盘被插入在所述底座与所述第二突起之间，
其中，第一绝缘层被设置在所述底座与所述第一金属焊盘之间，
其中，第二绝缘层被设置在所述底座与所述第二金属焊盘之间。
16.根据权利要求15所述的半导体器件封装，其中，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层包括分布式布拉格反射器(DBR)。
17.根据权利要求16所述的半导体器件封装，其中，所述DBR具有包括TiO2的第一电介质层和包括SiO2的第二电介质层被堆叠至少一次的结构，以及
其中，所述第一电介质层和所述第二电介质层中的每个具有λ/4的厚度，其中λ是从发光单元发射的光的波长。
18.根据权利要求15所述的半导体器件封装，其中，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层包括SiO2、TiO2、ZrO2、Si3N4、Al2O3或者MgF2中的至少一种。
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